[發明專利]一種液壓支架外加載實驗裝置與實驗方法

有效

• 申請號: 202010577601.4
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111678794B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 龐義輝;曹光明;胡相捧;丁自偉;杜昭
• 申請（專利權）人: 天地科技股份有限公司;中煤科工開采研究院有限公司;中國煤炭工業協會生產力促進中心
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種液壓支架外加載實驗裝置與實驗方法，其主體結構包括：主體承載框架、煤體截割推移裝置、煤體支撐箱體、液壓支架支撐箱體、過渡支撐箱體、采空區支撐箱體、煤體模擬塊、頂板模擬塊、水平推移油缸、垂直升降油缸，其中，煤體截割推移裝置置于主體承載框架，通過伸縮垂直升降油缸可以模擬不同工作面開采高度，通過收縮水平推移油缸可以模擬工作面的采煤過程，通過調整過渡支撐箱體、采空區支撐箱體的高度，可以實現采空區不同充填效果的模擬，利用煤體模擬塊、頂板模擬塊內置的應力應變傳感器可以對開采過程中圍巖施加于液壓支架上方、前方、下方的應力、應變進行監測，有效解決了現有實驗臺難以對液壓支架外載荷進行模擬監測的問題。

技術領域

本發明涉及一種煤礦用液壓支架實驗裝置與實驗方法，尤其涉及一種能夠實現對圍巖斷裂失穩過程中液壓支架受到的外部載荷進行模擬、監測的實驗裝置與方法。

背景技術

液壓支架是綜采工作面支護頂板、防護煤壁、隔離采空區冒落矸石的主要支護裝置，液壓支架的主體結構與受力狀態直接影響液壓支架的穩定性及液壓支架對圍巖的控制效果，對液壓支架的受力狀態進行模擬試驗是進行液壓支架結構優化設計及圍巖智能自適應控制的基礎。

目前，關于液壓支架受力狀態與力學性能測試的實驗裝置可以分為兩類，一類是制作簡易的液壓支架模型試件，將液壓支架模型試件放置于傳統的礦山壓力相似模擬試驗臺中，監測液壓支架的受力狀態，這種液壓支架模型試件一般比較簡單，僅具有簡單的液壓系統，且不能實現對液壓支架與圍巖的耦合過程進行模擬，相似模擬更主要是分析圍巖的斷裂結構，難以實現對圍巖斷裂失穩過程中液壓支架的真實受力狀態進行研究，實驗結果與煤礦井下液壓支架的真實受力狀態相差較大；另一類是液壓支架力學性能測試實驗裝置，可分為兩種，一種是內加載試驗臺，將液壓支架置于試驗臺內部，在液壓支架不同位置放置墊塊，通過液壓支架對試驗臺施加主動支護作用力來實現對液壓支架力學性能的測試；另一種是外加載試驗臺，通過在試驗臺設置不同的加載點，由試驗臺向液壓支架施加作用力，從而監測液壓支架不同結構位置的受力狀態，由于圍巖斷裂失穩過程中對液壓支架施加的作用力是一個動態變化的過程，這種外加載試驗臺難以獲取圍巖施加于液壓支架的作用力，也難以對液壓支架施加復雜的外部載荷，具有較大的局限性。

關于液壓支架實驗裝置，國內外學者進行了較廣泛、深入的研究，申請號為201620030151.6的專利公開了一種礦山相似模擬實驗中全尺寸液壓支架的實驗裝置，這種實驗裝置屬于上述第一類實驗臺，液壓支架是一種簡易的模型支架，利用外部小絞車進行拉移，這種試驗臺難以對液壓支架的真實受力狀態進行模擬；申請號為201810737881.3的專利公開了一種液壓支架試驗裝置，這種實驗裝置屬于上述第二類內加載試驗臺，即通過液壓支架主動向試驗臺施加作用力，通過施加不同的墊塊來實現對液壓支架承受不同載荷的模擬；申請號為201810291206.2的專利公開了一種適用于不同架型液壓支架的采煤工作面相似模擬試驗臺，這種實驗裝置屬于上述第二類外加載試驗臺，即通過設計不同的外部油缸，對液壓支架施加不同的載荷，但這種試驗臺難以對液壓支架施加復雜的作用力，與圍巖的真實斷裂過程相差較大；申請號為201910794898.7的專利公開了一種液壓支架頂底板比壓測量裝置，同樣是通過在試驗臺中設計不同的外加載油缸，對液壓支架施加外部作用力；申請號為201610371809.4的專利公開了一種動載荷下液壓支架剛度與巖石強度破壞關系實驗臺，屬于外加載實驗臺，主要模擬動載荷沖擊，這種裝置僅能施加固定形式的沖擊載荷，模擬實驗條件與煤礦井下現場有一定差距。

綜上所述，現有液壓支架實驗臺難以模擬煤礦井下圍巖斷裂過程中對液壓支架施加的載荷，以及液壓支架的受力狀態，且針對該問題國內外尚沒有較好的實驗裝置與方法，亟需進行開發與研制。

發明內容

針對煤礦井下圍巖斷裂失穩過程中施加于液壓支架的載荷及液壓支架的力學狀態模擬試驗問題，本發明提出了一種液壓支架外加載實驗裝置與實驗方法，可以實現對圍巖斷裂失穩過程中液壓支架載荷的動態模擬與監測，解決了現有實驗臺難以對液壓支架外載荷進行模擬監測的問題，具體技術方案如下：